本文调研了国内外大量文献，紧跟国内外天然气管网系统优化设计及运行方面的最新研究成果，结合天然气集输配管网系统的实际运行状况，采用分级优化法，开展集输站场优化布局研究、集输管网结构优化研究、地面输送系统优化运行研究等方面的深入研究。 根据气田开发阶段的不同，以管网投资为目标，以星形管网与枝状管网相结合的形式，最终形成了气田集输系统。本文提出了管网布局优化模型，由于该模型中既有连续变量又有离散变量，所以采用单纯形法和边割法进行求解。 在管网布局的基础上，以管网投资净现值为目标，建立了管网结构参数优化模型，并充分考虑了输气量、管径、输气压力、管长、增压比、压缩机数目之间的关系，采用混合变量优化方法进行求解。 在进行天然气管网系统优化设计的基础上，以系统工程的观点，综合考虑天然气生产部门、经营部门和用户之间的关系，以天然气经营部门的最大经济效益为目标，通过对天然气管网系统采、输、配过程中各种影响因素的分析，建立了管网系统运行方案优化的数学模型，并采用可行方法和线性逼近法求解模型。 根据本文的研究成果，综合利用GUI技术、计算机图像技术、OLE技术、DDE技术、数据库技术、面向对象技术等计算机技术，编制了“天然气集输配管网系统优化设计及运行”软件。该软件具有良好的图形界面、适用性广、操作方便、计算精度高等特点，并成功应用于指导四川地区某天然气管网的改、扩建，同时该软件也适用于其它气田的天然气管网的优化设计。